城市地區(qū)淺層地溫能評(píng)價(jià)方法探討

■張吉波

（河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院 河南 鄭州450053）

城市地區(qū)淺層地溫能評(píng)價(jià)方法探討

■張吉波

（河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院 河南 鄭州450053）

在可靠的地源熱泵技術(shù)支持下，現(xiàn)代化城市建設(shè)中對(duì)于淺層地溫資源利用效率正在不斷地提高。在此形勢(shì)影響下，結(jié)合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的具體要求，為了使淺層地溫能得到最大限度地開(kāi)發(fā)利用，需要采取有效的方法進(jìn)行合理地評(píng)價(jià)。在具體的評(píng)價(jià)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合城市地區(qū)地溫能實(shí)際的開(kāi)發(fā)狀況及存儲(chǔ)量，促使這些評(píng)價(jià)方法使用中能夠達(dá)到預(yù)期的效果，為城市進(jìn)程化的加快提供可靠地保障?；诖?，本文將對(duì)城市地區(qū)淺層地溫能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行必要地探討，以便為相關(guān)的研究工作開(kāi)展提供一定的參考依據(jù)。

地?zé)釤岜眉夹g(shù)淺層地溫能評(píng)價(jià)方法開(kāi)發(fā)狀況存儲(chǔ)量

作為一種重要的地?zé)豳Y源，淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用效率的提高，有利于推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，為人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活提供更多的便利。我國(guó)的淺層地溫能存儲(chǔ)量大，分布范圍廣，相關(guān)的開(kāi)發(fā)技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中取得了良好的作用效果，為這種清潔性資源實(shí)際應(yīng)用范圍的擴(kuò)大打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，為了更好地開(kāi)發(fā)利用城市城區(qū)淺層地溫能，需要采取必要方法進(jìn)行合理地評(píng)價(jià)，為不同地質(zhì)環(huán)境條件下淺層地溫能的開(kāi)發(fā)效率提供可靠的參考信息。

1 淺層地溫能資源存儲(chǔ)量方面的計(jì)算評(píng)價(jià)

在對(duì)淺層地溫能資源存儲(chǔ)量評(píng)價(jià)的過(guò)程中，主要的評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：（1）通過(guò)開(kāi)展地質(zhì)勘查作業(yè)，結(jié)合水文地質(zhì)的勘查結(jié)果及相關(guān)的技術(shù)資料，確定出勘查去地?zé)岬刭|(zhì)條件、水文地質(zhì)特性等；（2）對(duì)淺層地?zé)崮艿拇鎯?chǔ)量及分布范圍進(jìn)行全面的勘查，掌握這種能源開(kāi)發(fā)區(qū)域的地下水動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律及水質(zhì)狀況等；（3）結(jié)合現(xiàn)有的參考資料及分析數(shù)據(jù)，確定巖土體的熱導(dǎo)率與比熱容大?。唬?）在可靠的地溫調(diào)查方法支持下，查明地溫分布及整體的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，并確定有關(guān)恒溫帶深度與溫度的重要參數(shù)；（5）在具有鮮明特征的淺層地溫能開(kāi)采區(qū)域開(kāi)展必要的回灌試驗(yàn)及原位熱傳導(dǎo)試驗(yàn)，確定含水層的滲透系數(shù)；（6）對(duì)淺層地溫能的熱成原因進(jìn)行深入地分析。

在對(duì)淺層地溫能開(kāi)采區(qū)開(kāi)展原熱傳導(dǎo)試驗(yàn)時(shí)，需要在預(yù)先設(shè)置好的鉆孔中埋設(shè)一定數(shù)量的導(dǎo)管，并做好回填工作，通過(guò)對(duì)導(dǎo)管中循環(huán)流動(dòng)水進(jìn)行不斷地加熱，可以測(cè)定出其中水的流量大小、溫度變化范圍、加熱功率等，并在相關(guān)數(shù)據(jù)的支持下計(jì)算巖土體的導(dǎo)熱系數(shù)。具體試驗(yàn)開(kāi)展中需要對(duì)水的壓力變化、流量變化及溫度變化三者之間的關(guān)系進(jìn)行確定，結(jié)合數(shù)值模擬分析法的作用確定熱導(dǎo)率大小。運(yùn)用數(shù)值法再現(xiàn)原位熱傳導(dǎo)試驗(yàn)完成相關(guān)參數(shù)的分析工作時(shí)，需要對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行全面的檢修，增強(qiáng)試驗(yàn)區(qū)觀測(cè)孔設(shè)置的合理性。

通過(guò)對(duì)淺層地溫能的存儲(chǔ)量及利用量的深入分析計(jì)算，有利于增強(qiáng)這種資源整體的評(píng)價(jià)效果。在對(duì)其中的區(qū)域淺層地溫能深度范圍評(píng)價(jià)的過(guò)程中，應(yīng)該將這種深入范圍控制在小距離恒溫帶200m的范圍內(nèi)，具體的深度大小需要結(jié)合相關(guān)工程的實(shí)際需求確定。與此同時(shí)，淺層地溫能資源一般利用溫差在5℃一15℃,地下水利用后的溫度應(yīng)在0℃以上。通過(guò)對(duì)溫差的有效分析，能夠?qū)\層地溫能存儲(chǔ)量的查明提供必要的參考信息。

地球內(nèi)部的高溫?zé)崮芤詡鲗?dǎo)、對(duì)流方式向地表傳遞。在地表測(cè)量的大地溫度是地球內(nèi)熱量最為直接的顯示。地面的大地?zé)崃髦狄徊糠謥?lái)源于地殼淺部放射性元素衰變所產(chǎn)生的熱能,其值隨地質(zhì)條件而變化另一部分是來(lái)自上地慢的熱能,與巖石的熱導(dǎo)率有關(guān)。評(píng)價(jià)區(qū)域淺層地溫能的可利用量應(yīng)該以大地?zé)崃髦禐橐罁?jù)。我國(guó)的大地?zé)崃餮芯渴加?0年代,目前已累計(jì)獲得了近千個(gè)大地?zé)崃鳒y(cè)量數(shù)據(jù)。中國(guó)的大地?zé)崃鞯奶卣魇俏髂献罡?為70-85mW/m2，西北最低 43-47mW/m2，華北與東北為 59-63mW/m2，華南為66-70mW/m2。大地?zé)崃髦挡捎煤銣貛б韵碌販財(cái)?shù)據(jù)和熱導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

利用熱流量法可以對(duì)城市地區(qū)淺層地溫能的可利用資源量進(jìn)行有效地評(píng)價(jià)，從而為相關(guān)的管理活動(dòng)提供一定的參考依據(jù)。采取大地?zé)崃饔?jì)算淺層地溫能可利用量大小時(shí)，主要的計(jì)算公式為：

式（2）中，地?zé)崮芸衫昧坑帽硎?，單位為kW；地下水循環(huán)利用量用 表示，單位為m3/d；地下水利用溫差用 表示，單位為℃；水的比熱容用Cw表示，單位為kJ/kg；水的密度用示，單位為kg/m3。

2 地源熱泵系統(tǒng)地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)

淺層地溫能利用系統(tǒng)中熱泵機(jī)組對(duì)地下水水質(zhì)的基本要求是:澄清、水質(zhì)穩(wěn)定、不腐蝕、不滋生微生物或生物、無(wú)結(jié)垢、不阻塞等。地下水對(duì)熱泵機(jī)組的有害成分有:鐵、錳、鈣、鎂、二氧化碳、溶解氧、氯離子、酸堿度等。地下水地源熱泵水質(zhì)要求,可采用熱泵機(jī)組用地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。地下水質(zhì)量可靠性評(píng)價(jià)過(guò)程中,應(yīng)采取抽水水樣和回灌水樣。水試樣應(yīng)及時(shí)試驗(yàn),清潔水放置時(shí)間不超過(guò)72小時(shí),稍受污染的水不宜超過(guò)48小時(shí),受污染的水不宜超過(guò)12小時(shí)。水質(zhì)參照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)水和土的腐蝕性參照《巖土工程勘察規(guī)范》中有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。

地下水對(duì)管線及各種基礎(chǔ)設(shè)施腐蝕影響的評(píng)價(jià)過(guò)程中，主要利用的是掛片試驗(yàn)，對(duì)不同材料作用下的腐蝕程度進(jìn)行綜合地評(píng)估。合理地利用腐蝕系數(shù)，可以對(duì)地下水腐蝕造成的影響進(jìn)行深入地分析。相關(guān)的評(píng)價(jià)方法主要包括：（1）半腐蝕性水：腐蝕系數(shù)Kk＞0,其中的K+0.0503Ca2+＞0；（2）腐蝕性水：腐蝕系數(shù)Kk＞0；（3）腐蝕系數(shù)Kk＜0。與此同時(shí)，通過(guò)開(kāi)展合理的防垢試驗(yàn)，可以為地下水的結(jié)垢性進(jìn)行綜合地評(píng)價(jià)，從而對(duì)淺層地溫能做出合理地評(píng)價(jià)。

3 淺層地溫能利用環(huán)境評(píng)價(jià)

作為一種重要的清潔性能源，淺層地溫能在實(shí)際的應(yīng)用中為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高帶來(lái)了重要的保障作用。因此，需要在可靠的評(píng)價(jià)方案作用下對(duì)淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用、工程設(shè)計(jì)等不同的方面對(duì)周?chē)h(huán)境的影響做出合理地評(píng)價(jià)，從而為系統(tǒng)運(yùn)行中可能產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行綜合地評(píng)估，最大限度地提高這種清潔性能源的實(shí)際利用效率。在具體的評(píng)價(jià)過(guò)程中，主要遵循的原則是滿(mǎn)足保護(hù)地質(zhì)環(huán)境的多樣化需求，結(jié)合淺層地溫能系統(tǒng)的性質(zhì)、生產(chǎn)工藝及其它的設(shè)備性能等，通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件分析中相關(guān)數(shù)據(jù)的合理運(yùn)用，對(duì)淺層地溫能利用環(huán)境影響做出科學(xué)地評(píng)價(jià)。淺層地溫能開(kāi)發(fā)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的工作程序包括收集整理歷史資料；建立環(huán)境影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；設(shè)立觀測(cè)點(diǎn),采集水質(zhì)、水位及溫度等系統(tǒng)資料；獲取環(huán)境影響評(píng)價(jià)參數(shù),建立環(huán)境預(yù)測(cè)模型,校正模型進(jìn)行淺層地溫能利用環(huán)境影響評(píng)價(jià)；通過(guò)對(duì)這些方面的綜合評(píng)價(jià)，可以增強(qiáng)淺層地溫能利用環(huán)境評(píng)價(jià)效果。

4 淺層地溫能利用價(jià)值大小的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

在具體的評(píng)價(jià)工作開(kāi)展中，需要從投資成本、運(yùn)行規(guī)模大小、實(shí)際經(jīng)濟(jì)收益等方面進(jìn)行重點(diǎn)地考慮，促使城市地區(qū)淺層地溫能得到最大限度地開(kāi)發(fā)，滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的具體要求。

各種設(shè)備管理系統(tǒng)、室外換熱系統(tǒng)及室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)共同組成了完善的地源熱泵工程。因此，在實(shí)施評(píng)價(jià)機(jī)制的過(guò)程中，需要對(duì)這些系統(tǒng)的正常運(yùn)行進(jìn)行深入地分析，增強(qiáng)淺層地溫能利用價(jià)值大小的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)實(shí)際作用效果。像各種循環(huán)泵組、補(bǔ)水系統(tǒng)、自動(dòng)化電氣設(shè)備控制裝置等，都屬于機(jī)房設(shè)備系統(tǒng)的重要組成部分；換熱基礎(chǔ)設(shè)施中的各種管線、鉆孔等，屬于室外換熱系統(tǒng)的組成部分；各種管道、風(fēng)盤(pán)等，屬于室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的組成部分。評(píng)價(jià)過(guò)程中需要從這些系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的耗電成本、管理成本、檢修成本、實(shí)際效益大小、綜合效益評(píng)估等方面進(jìn)行重點(diǎn)地評(píng)價(jià)，確保淺層地?zé)崮芟到y(tǒng)工程施工計(jì)劃能夠順利地實(shí)施。在對(duì)實(shí)際收益大小評(píng)價(jià)的過(guò)程中，需要計(jì)算出其中的建筑面積大小、每年的采暖費(fèi)及制冷費(fèi)總費(fèi)用，除去相關(guān)的生產(chǎn)成本，確定最終的收益，從而對(duì)淺層地溫能利用價(jià)值高低做出必要地評(píng)價(jià)。綜合效益評(píng)估的過(guò)程中，應(yīng)采用現(xiàn)金流量法計(jì)算出靜態(tài)與動(dòng)態(tài)投資回收期、相關(guān)項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率、凈收益值大小等重要的經(jīng)濟(jì)性參數(shù)，對(duì)整體的效益大小做出合理地評(píng)價(jià)。

5結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，淺層地溫能的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到相關(guān)研究人員的重視，一定程度上為地?zé)豳Y源利用效率的提高帶來(lái)了重要的保障作用。淺層地溫能的存儲(chǔ)量大、開(kāi)發(fā)成本低、節(jié)能環(huán)保效果良好，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。因此，需要利用可靠的評(píng)價(jià)方法對(duì)城市地區(qū)淺層地溫能進(jìn)行綜合地評(píng)價(jià)，加強(qiáng)對(duì)這種清潔性能源的合理利用。文中從不同的方面對(duì)城市城區(qū)淺層地溫能評(píng)價(jià)方法的合理使用進(jìn)行了必要地探討，客觀地說(shuō)明了做好這項(xiàng)研究工作對(duì)于淺層地溫能有效使用的重要性。

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F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-17-2